И усреднения сигналов различных форм.

Измерение значений коэффициентов амплитуды К_а, формы К_ф, усреднения К_у можно осуществить косвенным путем согласно выражениям:

; ; ;

 

где U_m – пиковое, U – среднеквадратическое, U_ср.в – средневыпрямленное значения напряжений.

Используйте измеренные значения параметров сигналов, помещенные в таблице 5.2, для определения коэффициента амплитуды, формы или усреднения (см. таблицу 5.3) для одной из форм исследуемых сигналов в соответствии с заданием преподавателя.

Таблица 5.3

Вид измеряемого параметра для пункта 5.3

Вид параметра	Последняя цифра номера студенческого билета
Коэффициент	Ка	Кф	Ка	Ку	Ка,	Кф	Ку	Ка,	Кф	Ку

Результаты обработки поместите в таблицу 5.4. Оценку погрешностей измерения параметров К_а, K_ф, K_у выполняют по методике оценки погрешности косвенных измерений (с. 80-82 [1], c.47 [2], с.21-26 [6]). Для Вашего случая (см. таблицу 5.3) приведите вывод расчетных формул для оценки погрешностей ∆К_а, δК_а;∆К_ф , δК_ф, или ∆К_у, δК_у.

Таблица 5.4

Результаты измерения параметров К_а,, К_ф, К_у сигналов различных форм

Форма измеряемого сигнала	Коэффициент в соответствии с таблицей 5.3	Результат измерения в двух формах
Коэффициент амплитуды	Коэффициент формы	Коэффициент усреднения
Ка	∆Ка	δКа , %	Кф	∆Кф	δКф , %	Ку	∆Ку	δКу , %
Укажите заданную форму сигнала

Измерение среднего значения напряжения сигнала с помощью

Измерителя пикового значения напряжения.

Для измерения среднего значения напряжения с помощью измерителя пикового значения напряжения необходим измеритель, имеющий открытый и закрытый вход. Роль такого измерителя может выполнять осциллограф или пиковый вольтметр с закрытым и открытым входами (см. раздел 7.4.3 этих методических указаний).

При открытом входе показание пикового вольтметра U_Vп.откр равно пиковому значению всего сигнала, умноженному на градуировочный коэффициент с_гр:

U_Vп.откр=U_m* с_гр.

В случае закрытого входа показание вольтметра U_Vп.закр определяется выражением:

U_Vп.закр= * с_гр= (U_m– U_ср)*с_гр,

где – пиковое значение переменной составляющей напряжения сигнала,

U_ср – среднее значение напряжения сигнала.

Таким образом, U_Vп.откр – U_Vп.закр = U_ср*с_гр.

Следовательно,

U_ср= (U_Vп.откр – U_Vп.закр)/ с_гр.

В случае применения осциллографа градуировочный коэффициент с_гр=1.

Очевидно, что для измерения может быть использована схема рисунка 5.1, из которой можно исключить лишние приборы. Проведите измерение для сигналов, заданных преподавателем.

Результаты наблюдений занесите в таблицу 5.5.

Таблица 5.5

Результаты наблюдений и измерений среднего значения напряжения U_ср измерителем пикового значения

Форма сигнала	UVп.откр, В	DUVп.откр, В	UVп.закр, В	D UVп.закр, В	сгр	Uср, В	DUср, В	dUср, %	Результат измерения в двух формах

Поскольку среднее значение напряжения находят косвенным путем, то оценку погрешности производят по методике оценки погрешности косвенных измерений (с. 80-82 [1], c.47 [2]). Приведите вывод расчетных формул для оценки погрешностей DU_ср и dU_ср.

Экспериментальное определение зависимости систематической составляющей погрешности измерения, вызванной влиянием вольтметра на исследуемый объект (методической погрешности измерения напряжения), от значения внутреннего сопротивления генератора в области низких частот.

Так как входное сопротивление вольтметра не равно бесконечности, из-за этого возникает погрешность, которая тем больше, чем больше внутреннее сопротивление объекта измерения и меньше входное сопротивление вольтметра. Входное сопротивление вольтметра носит комплексный характер, однако, в области низких частот влиянием входной емкости можно пренебречь, т.е. считать его чисто резистивным и равным R_V.

Эквивалентная схема измерения напряжения для этого случая показана на рис. 4.1, а на рис. 5.2 – схема эксперимента для выполнения п. 2.5 программы лабораторного задания. В разделе 7.4.5 настоящих методических указаний рассмотрены причины возникновения этой погрешности.

С помощью переключателя на лабораторном макете можно изменять выходное сопротивление источника сигнала R_ист от нуля до максимального значения. При R_ист= 0 систематическая погрешность отсутствует, поэтому показание вольтметра при выходном сопротивлении источника равном нулю U_V(Rист=0) в этом случае можно принять за действительное значение, а абсолютную систематическую погрешность измерения напряжения DU_С, вызванную влиянием входного сопротивления вольтметра R_V на объект измерения, определить из выражения: DU_С = U_V(Rист) – U_V(Rист=0), где U_V(Rист) – показание вольтметра при сопротивлении R_ист не равном нулю. При расчете относительной погрешности, абсолютную систематическую погрешность измерения напряжения DU_С нужно поделить на действительное значение напряжения U_V(Rист=0), для выражения в процентах это отношение умножают на 100.

Измерения выполнить при частоте гармонического сигнала, заданной в таблице 5.6.

 

Таблица 5.6

Значение частоты сигнала для исследования влияния вольтметра на исследуемый объект

Вид параметра	Последняя цифра номера студенческого билета
Частота сигнала, Гц

 

 

Достоверность измерений будет максимальна, если U_V(0) установить равным конечному значению шкалы вольтметра (с помощью регулятора выходного напряжения источника на генераторе сигнала). Измерения выполнить для двух вольтметров (в соответствии с заданием преподавателя) при 4÷5 значениях сопротивления источника R_ист. Числовые значения сопротивления источника, соответствующие различным положениям переключателя выходного сопротивления, указаны в описании лабораторного макета лабораторной работы №2 [10]. Результаты наблюдений занесите в таблицу 5.7.

Постройте графики зависимости относительной систематической погрешности измерения от значений сопротивления источника сигнала (обратите внимание на знак погрешности). На основе анализа полученных результатов сделайте выводы.

 

Таблица 5.7

Результаты исследования систематической погрешности измерения напряжения, вызванной влиянием вольтметра на исследуемый объект;

f= Гц; гармонический сигнал

Тип вольтметра
RV, МОм
Rист, МОм	UV, B	DUС, В	dc, %	UV, B	DUС, В	dc, %
………..
………..
………..
………..

Оформление отчета

Отчет должен содержать:

· титульный лист;

· сведения о цели и порядке выполнения работы;

· сведения о метрологических характеристиках использованных средств измерений;

· схемы измерения в соответствии с ГОСТ;

· решение задач для самоконтроля (п.4.2);

· экспериментальные данные и осциллограммы;

· расчётные формулы для обработки результатов наблюдений и оценки погрешностей;

· полностью заполненные таблицы отчета (см. табл. 5.2, 5.4, 5.5 и 5.7), а также примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблиц;

· при выполнении численных расчетов надо записать расчетную формулу определяемой величины, сделать соответствующую численную подстановку и произвести вычисления. При необходимости выполнения ряда однотипных расчетов приводят расчет только для одного значения, результаты промежуточных вычислений и конечные результаты сводят в таблицу;

· графики зависимости систематической погрешности вольтметров от внутреннего сопротивления источника сигнала;

· анализ полученных данных и выводы по результатам проделанной работы.

· список источников информации, использованных при подготовке, выполнении и оформлении работы.

Приложение